JP2009542977A - 内燃機関のｅｇｒシステム - Google Patents

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Abstract

排気浄化装置より下流の排気通路から排気の一部を取り出し吸気系に還流させる低圧ＥＧＲ通路を有するＥＧＲシステムにおいて、排気浄化装置が破損した場合に、破損した排気浄化装置の破片が低圧ＥＧＲ通路を通って吸気系に流入することを抑制することを課題とする。ターボチャージャのタービンより下流の排気通路に設けられた排気浄化装置と、排気浄化装置より下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、低圧ＥＧＲ通路に設けられた低圧ＥＧＲ弁と、内燃機関が所定の運転状態にある時に低圧ＥＧＲ弁を開弁することで排気を吸気通路へ還流させるＥＧＲ制御手段（Ｓ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３）と、排気浄化装置の破損を検出する破損検出手段（Ｓ１０４，Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０７）と、を備え、排気浄化装置の破損が検出された場合は、低圧ＥＧＲ弁を閉弁して低圧ＥＧＲ通路を介した排気の還流を停止する（Ｓ１０８）。

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲシステムに関する。
内燃機関からの排気中に含まれるＮＯｘの量を低減する技術として、排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲシステムが知られている。例えば、特開２００４−１５０３１９号公報には、ターボチャージャのタービンより下流の排気通路とターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、タービンより上流の排気通路とコンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、を備え、内燃機関の運転条件に応じて低圧ＥＧＲ通路と高圧ＥＧＲ通路とを切り替え、或いは併用してＥＧＲを行う内燃機関のＥＧＲシステムが開示されている。
また、内燃機関からの排気中に含まれる微粒子物質（以下、ＰＭという）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）を備えた内燃機関において、フィルタを昇温することによって適宜フィルタに堆積したＰＭを酸化除去する処理（以下、再生処理という）を行う技術が知られている。
特開２００２−３７１８２７号公報及び特開２００５−２２６５１９号公報には、フィルタを備えた内燃機関において、フィルタの上流における圧力と下流における圧力との差圧に基づいてフィルタの破損を検出する技術が開示されている。
特開平０９−０８８７２７号公報には、フィルタとインタークーラとの間の、吸気通路、ＥＧＲ通路、又は排気通路内に網を設けて、フィルタや触媒の破片が内燃機関に侵入することを防止する技術が開示されている。
特開２００４−１５０３１９号公報 特開２００２−３７１８２７号公報 特開２００５−２２６５１９号公報 特開平０９−０８８７２７号公報
ところで、フィルタに対して再生処理が行われた時や急加速時等に、フィルタにおいてＰＭの酸化反応が局所的に急激に進行してフィルタの温度が局所的に急上昇することがある。フィルタの温度が局所的が急上昇すると、温度が急上昇した箇所とその周囲との間で熱膨張の度合いに差が生じて、フィルタが割れる等の破損が発生する場合がある。フィルタにこのような破損が生じると、最悪の場合フィルタの一部が欠けて、その破片がフィルタから脱落する虞がある。
そのため、フィルタ等の排気浄化装置より下流の排気通路に低圧ＥＧＲ通路が接続されたＥＧＲシステムにおいて、低圧ＥＧＲ通路を通って排気の一部が吸気通路へ還流する時にフィルタの破損が生じると、破損したフィルタの破片が低圧ＥＧＲ通路に流入する可能性があった。従って、低圧ＥＧＲ通路を介して排気の還流が行われている時にフィルタが破損すると、破損したフィルタの破片が低圧ＥＧＲ通路を通って吸気通路に流入し、コンプレッサやインタークーラ等の吸気系や内燃機関に不具合を生じさせる虞があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とする所は、排気浄化装置より下流の排気通路から排気を取り出し吸気通路に戻すように設けられた低圧ＥＧＲ通路を有するＥＧＲシステムにおいて、排気浄化装置が破損した場合に破損した排気浄化装置の破片が吸気系に流入することを抑制する技術を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関のＥＧＲシステムは、内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービンより下流の排気通路に設けられた排気浄化装置と、前記排気浄化装置より下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられＥＧＲ通路の流路断面積を変更するＥＧＲ弁と、内燃機関の運転状態が所定の運転状態である場合に、前記ＥＧＲ弁を開弁方向に制御することで内燃機関からの排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ制御手段と、前記排気浄化装置の破損を検出する破損検出手段と、を備え、前記ＥＧＲ制御手段は、前記破損検出手段により前記排気浄化装置の破損が検出された場合は、内燃機関の運転状態が前記所定の運転状態であっても、前記ＥＧＲ弁を閉弁し、前記ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流を停止することを特徴とする。
この構成によれば、内燃機関の運転状態が所定の運転状態である場合には、ＥＧＲ通路を介して排気の還流が行われる。所定の運転状態は予め定められている。ＥＧＲ通路を介して排気の還流が行われている時には、ＥＧＲ弁が開弁方向に制御される。しかしながら、破損検出手段によって排気浄化装置の破損が検出された場合には、内燃機関の運転状態が上記所定の運転状態であっても、ＥＧＲ弁が閉弁されて、ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流が停止される。
これにより、破損した排気浄化装置から破片が脱落してＥＧＲ通路に流入した場合においても、該破片がＥＧＲ通路を通過して吸気通路に流入することが抑制される。その結果、破損した排気浄化装置の破片によってコンプレッサ等の吸気系や内燃機関に不具合が生じることを抑制できる。
本発明において、破損検出手段は、排気浄化装置の温度に基づいて排気浄化装置の破損を検出することができる。詳細には、上記本発明の構成において、前記排気浄化装置の温度を検出する温度検出手段を更に備え、前記破損検出手段は、前記温度検出手段によって検出される温度が所定の温度より高い場合に、前記排気浄化装置が破損していると判定する手段としても良い。
ここで、所定の温度は、排気浄化装置に破損が生じる虞のある温度であり、予め実験等により求められる。
また、本発明において、破損検出手段は、排気浄化装置における圧力損失に基づいて排気浄化装置の破損を検出することもできる。詳細には、上記本発明の構成において、前記排気浄化装置における圧力損失を検出する圧力損失検出手段と、前記排気浄化装置に破損が生じていないと仮定した場合に想定される前記排気浄化装置における圧力損失を推定する正常時圧力損失推定手段と、を更に備え、前記破損検出手段は、前記圧力損失検出手段によって検出される圧力損失が前記正常時圧力損失推定手段によって推定される圧力損失より小さい場合に、前記排気浄化装置が破損していると判定する手段としても良い。
ここで、排気浄化装置における圧力損失とは、排気浄化装置の上流側と下流側との圧力差である。排気浄化装置に割れ等の破損が生じたり、破損箇所が排気浄化装置から脱落したりした場合、排気の流れに対する排気浄化装置の抵抗が小さくなる。そのため、同一の
運転条件であれば、破損が生じた排気浄化装置における圧力損失は、破損していない正常な排気浄化装置における圧力損失と比較して小さくなる傾向がある。よって、ある運転状態のもとで実際に検出された排気浄化装置における圧力損失が、排気浄化装置が破損していなければ当該運転状態のもとで検出されるであろうと推定されるところの圧力損失と比較して小さければ、排気浄化装置に破損が生じていると判定することができる。
本発明は、上記の構成に加えて更に、前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、前記高圧ＥＧＲ通路に設けられ高圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁と、を備えた内燃機関のＥＧＲシステムに適用することもできる。
このように構成された内燃機関のＥＧＲシステムの場合、前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の運転状態が第２の所定の運転状態である場合に、少なくとも前記ＥＧＲ弁を開弁方向に制御することで内燃機関からの排気の一部を吸気通路へ還流させる手段とすることができる。
すなわち、内燃機関の運転状態が第２の所定の運転状態である場合には、ＥＧＲ通路を介して、又は、ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路を介して、排気の還流が行われる。
そして、ＥＧＲ制御手段は、前記破損検出手段により前記排気浄化装置の破損が検出された場合は、内燃機関の運転状態が前記第２の所定の運転状態であっても、前記ＥＧＲ弁を閉弁し、少なくとも前記ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流を停止するとよい。
すなわち、排気浄化装置の破損が検出された時点での内燃機関の運転状態が、ＥＧＲ通路を介して排気の還流を行うよう定められた運転状態であった場合には、ＥＧＲ弁を閉弁し、ＥＧＲ通路を介して行われている排気の還流を停止する。また、排気浄化装置の破損が検出された時点での内燃機関の運転状態が、ＥＧＲ通路及び高圧ＥＧＲ通路を介して排気の還流を行うよう定められた運転状態であった場合には、ＥＧＲ弁のみを閉弁し、ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流のみを停止するとともに、高圧ＥＧＲ弁は閉じず、高圧ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流は継続しても良い。或いは、ＥＧＲ弁及び高圧ＥＧＲ弁を閉弁し、ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流及び高圧ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流の両方を停止しても良い。
上記構成によれば、排気浄化装置の破損が検出された場合には、少なくとも、排気浄化装置より下流の排気通路から排気を取り出すように設けられるＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流が停止される。従って、破損した排気浄化装置の破片が排気通路からＥＧＲ通路に流入したとしても、該破片がＥＧＲ通路を通過して吸気通路に流入することを抑制できる。したがって、破損した排気浄化装置の破片によってコンプレッサ等の吸気系や内燃機関に不具合が生じることを抑制できる。
本発明においては、排気浄化装置の破損が予測された場合、又は、排気浄化装置が破損する兆候を検出した場合に、少なくともＥＧＲ弁を閉弁してＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流を停止するようにしても良い。詳細には、本発明の内燃機関のＥＧＲシステムは、内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービンより下流の排気通路に設けられた排気浄化装置と、前記排気浄化装置より下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられＥＧＲ通路の流路断面積を変更するＥＧＲ弁と、内燃機関の運転状態が所定の運転状態である場合に、前記ＥＧＲ弁を開弁方向に制御することで内燃機関からの排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ制御手段と、前記排気浄化装置の破損を予測及び／又は前記排気浄化装置が破損する兆候を検出する破損予測手段と、を
備え、前記ＥＧＲ制御手段は、前記破損予測手段により前記排気浄化装置の破損が予測される場合及び／又は前記排気浄化装置が破損する兆候を検出した場合は、内燃機関の運転状態が前記所定の運転状態であっても、前記ＥＧＲ弁を閉弁し、前記ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流を停止することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステムであっても良い。
この構成によれば、実際に排気浄化装置に破損が生じるのに先立って予めＥＧＲ弁を閉弁しておくことができる。従って、排気浄化装置が破損した場合に、排気浄化装置の破片がＥＧＲ通路を通過して吸気通路に流入することをより確実に抑制することができる。
また、上記構成において、前記排気浄化装置の温度を検出する温度検出手段を更に備え、前記破損予測手段は、前記温度検出手段によって検出される前記排気浄化装置の温度に基づいて前記排気浄化装置の破損を予測及び／又は前記排気浄化装置が破損する兆候を検出する手段とすることができる。
例えば、排気浄化装置の温度や、排気浄化装置の温度の履歴（時間変化）に基づいて、排気浄化装置の破損を予測したり、排気浄化装置が破損する兆候を検出したりすることができる。
また、上記構成において、前記排気浄化装置における圧力損失を検出する圧力損失検出手段を更に備え、前記破損予測手段は、前記圧力損失検出手段によって検出される圧力損失に基づいて前記排気浄化装置の破損を予測又は前記排気浄化装置が破損する兆候を検出する手段とすることもできる。
例えば、排気浄化装置の前後差圧や、排気浄化装置の前後差圧の履歴（時間変化）に基づいて、排気浄化装置の破損を予測したり、排気浄化装置が破損する兆候を検出したりすることができる。
このように構成される場合の本発明も、高圧ＥＧＲ通路を備えたＥＧＲシステムに適用することができる。詳細には、上記の構成に加えて更に、前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、前記高圧ＥＧＲ通路に設けられ高圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁と、を更に備え、前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の運転状態が第２の所定の運転状態である場合に、少なくとも前記ＥＧＲ弁を開弁方向に制御することで内燃機関からの排気の一部を吸気通路へ還流させる手段であって、前記破損予測手段により前記排気浄化装置の破損が予測される場合及び／又は前記排気浄化装置が破損する兆候を検出した場合は、内燃機関の運転状態が前記第２の所定の運転状態であっても、前記ＥＧＲ弁を閉弁し、少なくとも前記ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流を停止するようにしても良い。
本発明により、排気浄化装置が破損した場合に、破損した排気浄化装置の破片がＥＧＲ通路を通過して吸気通路に流入することを抑制でき、ターボチャージャのコンプレッサ等を含む吸気系や内燃機関に不具合をもたらすことを抑制できる。
図１は、実施例１に係るＥＧＲシステムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。 図２は、実施例１における低圧ＥＧＲ装置及び高圧ＥＧＲ装置の基本制御マップを示す図である。 図３は、実施例１におけるＥＧＲ制御のルーチンを示すフローチャートである。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。本実施の携帯に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
図１は本実施例に係るＥＧＲシステムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクルディーゼルエンジンである。
内燃機関１には、吸気管３及び排気管４が接続されている。吸気管３には、吸気管３内を流れる吸気の流量を調節する第２吸気絞り弁９が設けられている。第２吸気絞り弁９は、電動アクチュエータにより開閉される。第２吸気絞り弁９より上流の吸気管３には、インタークーラ８が設けられている。
インタークーラ８より上流の吸気管３には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。コンプレッサハウジング５ａより上流の吸気管３には、吸気管３内を流れる吸気の流量を調節する第１吸気絞り弁６が設けられている。
第１吸気絞り弁６は電動アクチュエータにより開閉される。第１吸気絞り弁６より上流の吸気管３には、吸気管３に流入する空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。エアフローメータ７により内燃機関１の吸入空気量が測定される。
一方、排気管４には、排気管４を流れる排気中に燃料を添加する燃料添加弁１７が設けられている。燃料添加弁１７より下流の排気管４には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。タービンハウジング５ｂより下流の排気管４には、排気浄化装置１０が設けられている。
排気浄化装置１０は、酸化触媒１２と、酸化触媒１２の後段にパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）１３とを有している。フィルタ１３には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）が担持されている。フィルタ１３は排気中のパティキュレートマター（以下、ＰＭという）を捕集する。また、ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高い場合は排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下した場合に吸蔵していたＮＯｘを放出する。ＮＯｘ触媒からＮＯｘが放出される際、ＮＯｘ触媒周囲の排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘがＮ２等に還元される。
フィルタ１３には、フィルタ１３の上流側と下流側との圧力差を測定する差圧センサ１１が取り付けられている。差圧センサ１１により検出されるフィルタ１３の前後差圧に基づいて、フィルタ１３に堆積しているＰＭの量を推定することができる。
排気浄化装置１０の直下流の排気管４には、排気浄化装置１０から流出する排気の温度を測定する温度センサ１８が設けられている。温度センサ１８によって測定される排気の温度に基づいて、フィルタ１３の温度を推定することができる。
排気浄化装置１０より下流の排気管４には、排気管４内を流れる排気の流量を調節する排気絞り弁１９が設けられている。排気絞り弁１９は電動アクチュエータにより開閉される。
内燃機関１には、排気管４内を流れる排気の一部を低圧で吸気管３へ還流させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、及び低圧ＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。
低圧ＥＧＲ通路３１は、排気絞り弁１９より下流の排気管４と、コンプレッサハウジング５ａよりも上流且つ第１吸気絞り弁６より下流の吸気管３と、を接続する通路である。低圧ＥＧＲ通路３１を通って排気が低圧で吸気管３へ還流する。本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を通って吸気管３へ還流する排気を「低圧ＥＧＲガス」と称している。
低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の流路断面積を変更することにより、低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調節する。低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと内燃機関１の冷却水との間で熱交換を行わせることで、低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。
また、内燃機関１には、排気管４内を流れる排気の一部を高圧で吸気管３へ還流させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１、高圧ＥＧＲ弁４２、及び高圧ＥＧＲクーラ４３を備えて構成されている。
高圧ＥＧＲ通路４１は、タービンハウジング５ｂより上流側の排気管４と、第２吸気絞り弁９より下流の吸気管３と、を接続する通路である。高圧ＥＧＲ通路４１を通って排気が高圧で吸気管３へ還流する。本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を通って吸気管３へ還流する排気を「高圧ＥＧＲガス」と称している。
高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１の流路断面積を変更することにより、高圧ＥＧＲ通路４１を流れる高圧ＥＧＲガスの量を調節する。高圧ＥＧＲクーラ４３は、高圧ＥＧＲクーラ４３を通過する高圧ＥＧＲガスと内燃機関１の冷却水との間で熱交換を行わせることで、高圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。
以上説明したように構成された内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するコンピュータである。
ＥＣＵ２０には、上記差圧センサ１１及び温度センサ１８の他、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ１５、及びクランクポジションセンサ１６が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。アクセル開度センサ１５からの出力に基づいて機関負荷を算出することができる。また、クランクポジションセンサ１６からの出力に基づいて機関回転数を算出することができる。
また、ＥＣＵ２０には、第１吸気絞り弁６、第２吸気絞り弁９、排気絞り弁１９、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２、及び燃料添加弁１７が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ２０によりこれらの機器が制御される。
ここで、本実施例において低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０を用いて行われる排気の還流について説明する。低圧ＥＧＲ装置３０によって好適に排気の還流を行うことが可能な内燃機関の運転条件と、高圧ＥＧＲ装置４０によって好適に排気の還流を行う
ことが可能な内燃機関の運転条件とが、それぞれ予め実験等により求められている。本実施例では、内燃機関の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ装置３０と高圧ＥＧＲ装置４０とを切り替えて、又は併用して排気の還流を行うようにしている。
図２は、内燃機関１の運転状態の領域毎に定められた、低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０の基本制御マップを示した図である。図２の横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の燃料噴射量を表している。燃料噴射量は内燃機関１の機関負荷を代表するパラメータである。
図２において「ＨＰＬ」と表示された、内燃機関１の運転状態が低負荷且つ低回転の領域（以下、ＨＰＬＥＧＲ領域という）では、高圧ＥＧＲ装置４０によって排気の還流が行われる。図２において「ＭＩＸ」と表示された、内燃機関１の運転状態が中負荷又は中回転の領域（以下、ＭＩＸＥＧＲ領域という）では、高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０が併用されて排気の還流が行われる。図２において「ＬＰＬ」と表示された、内燃機関１の運転状態が高負荷又は高回転の領域（以下、ＬＰＬＥＧＲ領域という）では、低圧ＥＧＲ装置３０によって排気の還流が行われる。ＬＰＬＥＧＲ領域より高回転側又は高負荷側の領域においては、排気の還流は行われない。
また、上記各領域において、内燃機関１の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率が達成されるように、低圧ＥＧＲ弁３２の開度の基本値（以下「基本低圧ＥＧＲ弁開度」とも言う）及び高圧ＥＧＲ弁４２の開度の基本値（以下「基本高圧ＥＧＲ弁開度」とも言う）が設定されている。ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態に応じて、前記設定された基本低圧ＥＧＲ弁開度及び基本高圧ＥＧＲ弁開度を読み込む。そして、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が基本低圧ＥＧＲ弁開度となるように低圧ＥＧＲ弁３２を制御するとともに、高圧ＥＧＲ弁４２の開度が基本高圧ＥＧＲ弁開度となるように高圧ＥＧＲ弁４２を制御する。
このように、内燃機関１の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ装置４０と低圧ＥＧＲ装置３０とを切り替えて、或いは併用して排気の還流を行うことによって、内燃機関１の広範な運転領域において排気の還流を行うことができる。これにより、内燃機関１の広範な運転領域において内燃機関１からのＮＯｘの排出量を低減することが可能になる。
また、本実施例では、低圧ＥＧＲ弁３２の開度を全開にしてもＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に達しない場合に、第１吸気絞り弁６を閉弁側に制御する。第１吸気絞り弁６を閉弁側に制御することによって、低圧ＥＧＲ通路３１の上流側と下流側との差圧が上昇するので、低圧ＥＧＲガス量を増大させることができる。第１吸気絞り弁６の動作環境は比較的低温であるため、第１吸気絞り弁６の開度を高い精度で制御することが可能である。
ところで、フィルタ１３に対してフィルタ１３に堆積したＰＭを酸化除去する処理（以下、再生処理という）が行われた場合や、急加速等により内燃機関からの排気の温度が急激に上昇した場合等において、フィルタ１３においてＰＭの酸化反応が局所的に急激に進行してフィルタ１３の温度が局所的に急上昇することがある。フィルタの温度が局所的に急上昇すると、温度が急上昇した箇所とその周囲との間で熱膨張の度合いに差が生じて、フィルタ１３が割れる等の破損が発生する場合がある。フィルタ１３にこのような破損が生じると、最悪の場合フィルタ１３の一部が欠けて、その破片がフィルタ１３から脱落する虞がある。
そのため、低圧ＥＧＲ通路３１を介して排気の還流が行われている時に、換言すると、内燃機関１の運転状態が図２のＬＰＬ領域又はＭＩＸ領域に属する運転状態である時に、フィルタ１３が破損した場合、破損したフィルタ１３の破片が低圧ＥＧＲ通路３１を通って吸気管３に流入し、コンプレッサハウジング５ａ内のコンプレッサやインタークーラ８
等の吸気系や内燃機関１にダメージを与える虞があった。
そこで、本実施例では、フィルタ１３が破損しているか否かを判定し、フィルタ１３が破損していると判定された場合には、内燃機関１の運転状態が図２のＬＰＬ領域又はＭＩＸ領域に属する運転状態であっても、低圧ＥＧＲ弁３２を閉弁し、低圧ＥＧＲ装置３０による排気の還流を停止するようにしている。これにより、フィルタ１３が破損した場合に破損したフィルタ１３の破片が低圧ＥＧＲ通路３１に流入する可能性のある状況においても、低圧ＥＧＲ弁３２が閉弁されることにより、フィルタ１３の破片が低圧ＥＧＲ通路３１を通って吸気管３に流入することを抑制できる。従って、吸気系や内燃機関１にダメージを与えることを抑制できる。
以上説明したような、フィルタ１３の破損状態に応じたＥＧＲ制御について、図３のフローチャートに基づいて説明する。図３は、本実施例におけるフィルタ１３の破損状態に応じたＥＧＲ制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは繰り返し実行される。
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態を検出する。具体的には、アクセル開度センサ１５からの出力に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出するとともに、クランクポジションセンサ１６からの出力に基づいて内燃機関１の機関回転数を算出する。
次に、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１において検出した内燃機関１の運転状態に応じた基本高圧ＥＧＲ弁開度及び基本低圧ＥＧＲ弁開度を求める。具体的には、内燃機関１の機関負荷及び機関回転数に応じて基本高圧ＥＧＲ弁開度及び基本低圧ＥＧＲ弁開度を定める関数又はマップ等の関係に基づいて求める。機関負荷及び機関回転数と基本高圧ＥＧＲ弁開度との関係、並びに、機関負荷及び機関回転数と基本低圧ＥＧＲ弁開度との関係は、予め実験等により求められる。
次に、ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、高圧ＥＧＲ弁４２の開度がステップＳ１０２において求めた基本高圧ＥＧＲ弁開度となるように高圧ＥＧＲ弁４２を制御するとともに、低圧ＥＧＲ弁３２の開度がステップＳ１０２において求めた基本低圧ＥＧＲ弁開度となるように低圧ＥＧＲ弁３２を制御する。
次に、ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、フィルタ１３の温度Ｔを求める。具体的には、温度センサ１８によって検出される排気浄化装置１０直下流の排気の温度に基づいてフィルタ１３の温度Ｔを推定する。
次に、ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、フィルタ１３の圧力損失Ｐを求める。具体的には、差圧センサ１１によってフィルタ１３の前後差圧を測定する。
次に、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、フィルタ１３が破損していないと仮定した場合にフィルタ１３において生じると想定される圧力損失Ｐｅを求める。具体的には、エアフローメータ７によって検出される吸入空気量、前回フィルタ１３の再生処理を実施してからの運転時間、及び吸気のＥＧＲ率等に応じて破損が生じていない場合のフィルタ１３における圧力損失Ｐｅを算出する関数又はマップに基づいて求める。この関数又はマップは予め実験等により求められる。
次に、ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０は、フィルタ１３が破損しているか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１０４で求めたフィルタ１３の温度Ｔが所定温度Ｔ０を超えている場合、及び／又は、ステップＳ１０５で求めたフィルタ１３の圧力損失の
実測値ＰがステップＳ１０６で求めた破損していない場合のフィルタ１３の圧力損失の推定値Ｐｅを下回っている場合に、フィルタ１３は破損していると判定する。ここで、所定温度Ｔ０はフィルタ１３が過昇温する虞がある温度であり、予め実験等により求められる。
ステップＳ１０７においてフィルタ１３は破損していると判定された場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０８に進み、低圧ＥＧＲ弁３２を閉弁して低圧ＥＧＲ装置３０による排気の還流を停止する。そして、ステップＳ１０９に進み、フィルタ１３の破損を運転者に知らせる警告灯を点灯させ、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップＳ１０７においてフィルタ１３は破損していないと判定された場合は、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了し、通常通りのＥＧＲ制御を継続する。
なお、以上述べた実施の形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施形態には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例では高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を備えたＥＧＲシステムに本発明を適用した実施例を説明したが、低圧ＥＧＲ装置３０のみを備えたＥＧＲシステムに本発明を適用することもできる。その場合、内燃機関１の運転状態が、低圧ＥＧＲ装置３０を用いて排気の還流が行われる運転領域に属する運転状態である場合においても、フィルタ１３の破損が検出されたときには、低圧ＥＧＲ弁３２を閉弁して低圧ＥＧＲ装置３０による排気の還流を停止する。
また、上記実施例では、フィルタ１３の破損が検出された場合に低圧ＥＧＲ装置３０による排気の還流を停止するようにしているが、フィルタ１３の温度や前後差圧、それらの履歴等に基づいてフィルタ１３の破損を予測し、フィルタ１３の破損が予測される場合に、或いはフィルタ１３が破損する兆候を検出した場合に、低圧ＥＧＲ装置３０による排気の還流を停止するようにしてもよい。
また、本実施例では排気浄化装置１０より下流且つ低圧ＥＧＲ通路３１の分岐箇所より上流の排気管４に排気絞り弁１９を配置した構成を採用しているが、排気絞り弁の位置は低圧ＥＧＲ通路３１の分岐箇所より下流の排気管４であってもよい。この場合、排気絞り弁を絞ることによって低圧ＥＧＲ通路３１の上流側と下流側の差圧を上昇させ、低圧ＥＧＲガス量を増大させることができる。
また、低圧ＥＧＲ通路３１における排気管４との接続箇所の近傍に網を設けてもよい。こうすることによって、フィルタ１３が破損した場合にフィルタ１３の破片が低圧ＥＧＲ通路３１に流入することが抑制されるので、破片が吸気系や内燃機関１に流入することをより確実に抑制することも可能になる。
また、フィルタ１３が破損した場合には、排気絞り弁を開弁するようにしても良い。これにより破損したフィルタ１３の破片によって排気絞り弁が閉塞することを抑制できる。
１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気管
４ 排気管
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサハウジング
５ｂ タービンハウジング
６ 第１吸気絞り弁
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ 第２吸気絞り弁
１０ 排気浄化装置
１１ 差圧センサ
１２ 酸化触媒
１３ フィルタ
１４ アクセルペダル
１５ アクセル開度センサ
１６ クランクポジションセンサ
１７ 燃料添加弁
１８ 温度センサ
１９ 排気絞り弁
２０ ＥＣＵ
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁
３３ 低圧ＥＧＲクーラ
４０ 高圧ＥＧＲ装置
４１ 高圧ＥＧＲ通路
４２ 高圧ＥＧＲ弁
４３ 高圧ＥＧＲクーラ

Claims (8)

  1. 内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、
    前記タービンより下流の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
    前記排気浄化装置より下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
    前記ＥＧＲ通路に設けられＥＧＲ通路の流路断面積を変更するＥＧＲ弁と、
    内燃機関の運転状態が所定の運転状態である場合に、前記ＥＧＲ弁を開弁方向に制御することで内燃機関からの排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ制御手段と、
    前記排気浄化装置の破損を検出する破損検出手段と、
    を備え、
    前記ＥＧＲ制御手段は、前記破損検出手段により前記排気浄化装置の破損が検出された場合は、内燃機関の運転状態が前記所定の運転状態であっても、前記ＥＧＲ弁を閉弁し、前記ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流を停止することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
  2. 請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、
    前記排気浄化装置の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
    前記破損検出手段は、前記温度検出手段によって検出される温度が所定の温度より高い場合に、前記排気浄化装置が破損していると判定することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
  3. 請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、
    前記排気浄化装置における圧力損失を検出する圧力損失検出手段と、
    前記排気浄化装置に破損が生じていないと仮定した場合に想定される前記排気浄化装置における圧力損失を推定する正常時圧力損失推定手段と、
    を更に備え、
    前記破損検出手段は、前記圧力損失検出手段によって検出される圧力損失が前記正常時圧力損失推定手段によって推定される圧力損失より小さい場合に、前記排気浄化装置が破損していると判定することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、
    前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、
    前記高圧ＥＧＲ通路に設けられ高圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁と、
    を更に備え、
    前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の運転状態が第２の所定の運転状態である場合に、少なくとも前記ＥＧＲ弁を開弁方向に制御することで内燃機関からの排気の一部を吸気通路へ還流させる手段であって、前記破損検出手段により前記排気浄化装置の破損が検出された場合は、内燃機関の運転状態が前記第２の所定の運転状態であっても、前記ＥＧＲ弁を閉弁し、少なくとも前記ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流を停止することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
  5. 内燃機関の排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャと、
    前記タービンより下流の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
    前記排気浄化装置より下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
    前記ＥＧＲ通路に設けられＥＧＲ通路の流路断面積を変更するＥＧＲ弁と、
    内燃機関の運転状態が所定の運転状態である場合に、前記ＥＧＲ弁を開弁方向に制御することで内燃機関からの排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ制御手段と、
    前記排気浄化装置の破損を予測及び／又は前記排気浄化装置が破損する兆候を検出する破損予測手段と、
    を備え、
    前記ＥＧＲ制御手段は、前記破損予測手段により前記排気浄化装置の破損が予測される場合及び／又は前記排気浄化装置が破損する兆候を検出した場合は、内燃機関の運転状態が前記所定の運転状態であっても、前記ＥＧＲ弁を閉弁し、前記ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流を停止することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
  6. 請求項５に記載の内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、
    前記排気浄化装置の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
    前記破損予測手段は、前記温度検出手段によって検出される前記排気浄化装置の温度に基づいて前記排気浄化装置の破損を予測及び／又は前記排気浄化装置が破損する兆候を検出することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
  7. 請求項５に記載の内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、
    前記排気浄化装置における圧力損失を検出する圧力損失検出手段を更に備え、
    前記破損予測手段は、前記圧力損失検出手段によって検出される圧力損失に基づいて前記排気浄化装置の破損を予測及び／又は前記排気浄化装置が破損する兆候を検出することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
  8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、
    前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、
    前記高圧ＥＧＲ通路に設けられ高圧ＥＧＲ通路の流路断面積を変更する高圧ＥＧＲ弁と、
    を更に備え、
    前記ＥＧＲ制御手段は、内燃機関の運転状態が第２の所定の運転状態である場合に、少なくとも前記ＥＧＲ弁を開弁方向に制御することで内燃機関からの排気の一部を吸気通路へ還流させる手段であって、前記破損予測手段により前記排気浄化装置の破損が予測される場合及び／又は前記排気浄化装置が破損する兆候を検出した場合は、内燃機関の運転状態が前記第２の所定の運転状態であっても、前記ＥＧＲ弁を閉弁し、少なくとも前記ＥＧＲ通路を介して行われる排気の還流を停止することを特徴とする内燃機関のＥＧＲシステム。
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